基于波动耦合的复杂结构动力响应分析与研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252015V01．36No．51530-1538ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．CRBOl：10．7527／SLOOO一6893．2014．0313基于波动耦合的复杂结构动力响应分析与研究林华刚，闰云聚*，李鹏博西北工业大学力学与土木建筑学院，西安710129摘要：有限元法(FEM)适合低频分析，统计能量分析(SEA)方法适合高频分析，而一类较宽频带(中频段)的声振响应问题

2、不适合单独用FEM或SEA方法解决。基于波动耦合的混合FE-SEA方法兼顾了FEM与SEA方法的优点，可预测中频段含一定不确定性的声振系统的稳态响应。本文阐释了混合FE—SEA方法的理论，分别通过典型结构的蒙特卡罗仿真与复杂系统的噪声试验两案例对该方法进行了验证，其中梁一板典型结构能量响应计算值与蒙特卡罗仿真值具有较好的一致性；复杂飞行器系统的振动响应与试验结果较为吻合，舱内噪声声压级(SPL)误差小于3dB，证明了混合FE—SEA方法的有效性，解决了FEM与SEA方法在中频复杂声振响应中的局限性这一问题。关键词：复杂组合系统；中频分析；波动耦合

3、；混合FE—SEA方法；噪声致振中图分类号：V41；TB53文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)05—1530—09飞行器在发射和飞行过程中，需要承受来自外部噪声载荷和宽频随机振动的作用，加之由于飞行器系统的局部结构间动态特性的差异，使得整体结构的响应在相当广的频率区间段表现出由模态密度较高的子结构产生的短波变形和由模态密度较低的子结构产生的长波变形同时并存的复杂振动特性[1]，比如：飞行器机翼系统的梁一板组合结构，由于梁板子结构间存在较大的动态差异(尤其表现为结构刚度的差异)，使得在中频段，整体的振动表现为梁附近的局部“长波变

4、形”和板上的局部“短波变形”的情况[2]，预测这一频率段的复杂结构响应存在困难。目前广泛应用于复杂结构动力响应的成熟手段主要包括以力和位移为基本变量的有限元法(FEM)／边界元法(BEM)，以及以能量为研究变量的统计能量分析(SEA)方法。对于有限元／边界元法，由于结构波波长通常随着振动频率的增加而减小，使得结构响应建模分析需要划分非常细密的网格，造成高昂的计算成本，即使是结合子结构降阶(CMS)法[3]，随着频率的升高，划分的网格也将因过于庞大而无法进行实质性计算；加之结构越高阶次的模态往往对结构属性的微小变化越敏感，造成计算误差甚至是错误。而

5、SEA方法L40的一个重要假设是每个子系统有充足的共振模态，这决定了此方法仅适用于高频模型，如一些构件中大的弹性面板表现为高密度模态，可以用SEA方法解决，而刚性梁或框架，属于低模态密度，SEA方法无法解决，即SEA方法无法描述子系统小于一个波长的结构的响应；复杂结构连接部分很难用传统SEA方法的耦合损耗因子来简单描述。这些都决定了FEM和SEA方法在中频复杂声振响应问题中的局限性，而基于波动耦收稿日期：2014-05—19；退修日期：2014-08-14；录用日期：2014．11．13；网络出版时间：2014．12．0914：38网络出版地址：

6、WWW．cnki．net／kcms／doi／107527／$1000．6893．2014．0313．html基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金(优先发展领域)(20126102130004)*通讯作者．Tel．：029—88431001E-mail：yjyan一2895@nwpu．edu．cn号I角格武ILinHG·YanYJ·LiPB．AnalysisandresearchofdynamicresponseofcomplexstructurebasedonwavecouplingfdJiActaAeronauticaetAstronaut

7、icaSinica．2015．36(5)：1530-1538．林华融．闫云聚，李鹏博．基f波动祸合的复杂结构动力响应分析s研究!JI．航空学报．2015．36(5)：1530．1538．林华刚等：基于波动耦合的复杂结构动力响应分析与研究合的混合FE-SEA方法可以解决复杂系统振动声学中频耦合口。63问题。针对复杂组合系统中频振动问题，国内外学者都进行了广泛的研究。Soize[71提出了一种模糊结构理论(StructuralFuzzyTheory)，认为非确定性子系统通过离散边界点或者连续边界与确定性子系统相连接，且两子系统之间的相互作用相当于前者

8、向后者的连接边界处附加了一个阻抗作用。基于Soize的模糊结构理论，Langley和Bremner[83提出了一种借助整体模态和局部模态